C@fé des sciences

Dans mon billet sur la difficulté de montrer la science en train de se faire, j'écrivais : s'ils savent que les scientifiques travaillent en groupes et que ce travail leur permet d'échanger des points de vue, les élèves ont une représentation naà¯ve de la "preuve" scientifique et de la construction d'une théorie, et une idée finalement vague des caractéristiques du travail des scientifiques. A l'appui de ce constat, des références bibliographiques anglo-saxonnes tant il semble que cette question a peu interessé les enseignants ou chercheurs français.

Pourtant, je suis tombé récemment sur un encart intéressant au détour d'un article rapportant une expérience novatrice de pédagogie des sciences^[1]. Cet encart présente brièvement les réponses d'enfants de cycle 3 (CE2 à  CM2) à  la question Quand tu fais des sciences à  l'école, fais-tu un travail de chercheur ?. Les réponses sont variées :

• oui : dans les deux cas, on cherche une réponse à  une question, on fait des choses sans savoir ce que ça va donner et on explore des choses que l'on ignore
• non : on ne cherche pas de la même façon (c'est plus difficile pour le chercheur qui cherche des choses inconnues), on ne se déplace pas et on n'invente pas, on cherche dans les livres et pas dans le monde.

C'est intéressant de voir qu'en effet, les élèves font très peu la différence qualitative entre la recherche au laboratoire et la recherche à  l'école. Dans le premier cas pourtant, il n'y a aucun enseignant pour donner la bonne réponse : le doute est permanent. Dans le second cas, l'état de naà¯veté face aux résultats n'est que provisoire, le temps pour l'enseignant d'expliquer ce que l'on observe. Le chercheur est bien dans l'invention permanente, et il ne peut compter que sur lui-même pour mettre fin à  l'état de doute qui le mine et le motive à  la fois. Alors, oui, cela fait de l'activité du chercheur une activité quantitativement plus difficile que celle de l'élève. Mais cela en fait surtout quelque chose de tout autre. Cette nuance épistémologique, pourtant si évidente pour nous autres, est loin d'être acquise.

Dans le même genre, on se souviendra du concours de dessin "Dessine-moi un chercheur" dont les résultats furent présentés lors de la nuit des chercheurs 2007, à  Paris. Extraits ci-dessous :

Tous les éléments de contexte y sont : le laboratoire, la blouse, le bécher, les étagères, le tableau blanc etc. Mais il faut croire qu'il manque finalement le plus important, qui ne se transmet pas par un dessin : ce qui fait la spécificité de ce professionnel, ses présupposés épistémologiques. L'image (véhiculée par la littérature et les films des années 50 explique Gianni Giardino) l'aurait emporté sur la compréhension plus intime de la raison d'être de ces chercheurs.

Pourtant, on observe la récurrence du danger dans le laboratoire vu par les enfants : "dang bombe", "boum"… Cela pourrait être leur façon de montrer que le chercheur explore l'inconnu, ce qui ne se fait pas sans risques. Pour que cette hypothèse soit valide, il faudrait que la notion de danger soit absente de leur vision des activités scientifiques à  l'école. J'ignore si c'est le cas…

(voire pour le nouveau millénaire…)
Il y a 4 ans, Carl Woese,célèbre microbiologiste, publiait un papier de réflexion sur l’avenir de sa science, la biologie. Papier très intéressant et toujours d’actualité, particulièrement pour les physiciens (attention, polémique potentielle inside).

D’aucuns prétendent que la biologie touche à  sa fin. L’approche génétique traditionnelle va permettre de connaître tous les gènes fonctionnels. Avec le séquençage du génome, nous aurons bientôt accès à  toute l’information contenue dans l’ADN. Ce n’est qu’une question de temps, d’énergie (donc de nombre d’étudiants ) avant qu’on ne résolve définitivement tous les problèmes de la biologie, et qu’on puisse triompher en couverture de Time Magazine ! Hourra, Hourra !

Face à  cet enthousiasme juvénile, le professeur Woese fait les gros yeux ! Que nenni ! Révisez vos cours d’histoire des sciences ! A la fin du XIXième siècle, on pensait la même chose à  propos de la physique. La révolution industrielle avait consacré le triomphe de l’homme sur la nature, et d’aucuns pensaient que la physique était littérallement finie. Naifs, va ; quelques chats de Schrodinger, un vent d’éther inexistant et des jumeaux de Langevin ont tout mis par terre …

“Without a guiding vision there is no road ahead; the science becomes an engineering discipline, concerned with temporal practical problems.”

Sans vision d’ensemble, il n’y pas de chemin à  suivre; la science devient de l’ingénierie, uniquement préoccupée par la résolution ponctuelle de problèmes pratiques.

“A society that permits biology to become an engineering discipline, that allows that science to slip into the role of changing the living world without trying to understand it, is a danger to itself.”

Une société qui transforme la biologie en ingéniérie, qui permet à  la science de changer le monde sans essayer de le comprendre, est un danger pour elle-même.

En fait, ce que Woese déplore, c’est la mainmise d’une approche réductionniste, à  visée purement pratique. Cette vision est en fait effectivement héritée de la physique du XIXième siècle. Celle-ci reposait sur une description du monde en atomes et forces fondamentales. Le tout n’était pas plus que la somme des parties : tout la beauté et la complexité du monde reposait sur un simple assemblage d’atomes qu’il suffisait de décrire. Du coup, l’étude des objets à  grande échelle était en quelque sorte triviale, et donc inintéressante, annexe. Woese caricature un peu en disant que la biologie aujourd’hui en est à  ce stade. La biologie moléculaire a permis de découvrir l’atome de la biologie : l’ADN, encodant les gènes. Elle fut une bénédiction dans le sens où elle a permis de mener une approche systématique, non biaisée, et très puissante. Mais elle a occulté toute vision globale ou holistique, et c’est cette dimension qui manque aujourd’hui.

A ce stade Woese revient sur la notion de réductionnismes avec un s. Car il y a en fait deux réductionnismes scientifiques, et le problème vient de la confusion entre les deux aspects. Le premier est le réductionnisme empirique : c’est avant tout une démarche méthodologique, un mode d’analyse cartésien qui consiste à  diviser les problèmes en sous-problèmes, pour mieux les appréhender. Mais ce réductionnisme empirique ne fait pas d’hypothèses a priori sur la solution des problèmes : autrement dit, il peut échouer dans une quête de compréhension des choses car il peut être fondamentalement inefficace pour certains problèmes. A ce réductionnisme empirique s’oppose ce que Woese appelle le réductionnisme fondamentaliste, qui est l’affirmation que le monde peut être totalement compris par la seule étude de ses constituants élémentaires. C’est de fait une hypothèse sur la nature du monde; c’était celle des physiciens du XIXième et selon Woese, c’est l’implicite de nombreux biologistes. . Ce réductionnisme fondamentaliste, particulièrement en biologie, néglige la possibilité de ce qu’on appelle les comportements émergents, c’est-à -dire les comportements qui ne peuvent justement être compris par l’étude des constituants individuels mais nécessitent une approche globale [1].

Le paradoxe pour Woese est qu’au moment même où la physique s’emparait des concepts de l’émergence, ouvrait le champ des sciences de la complexité, l’approche réductionniste fondamentaliste s’imposait en biologie. Woese va jusqu’à  affirmer que la biologie moléculaire était en quelque sorte périmée dès sa naissance ! Là  où le réductionnisme empirique suffisait, le fondamentaliste s’établissait de fait. Du coup, l’objet fondamental, le centre d’intérêt dans l’oeil du biologiste changeait. De l’organisme, on passait au gène en quelque sorte, et Woese le déplore, même si cette transition était nécessaire pour préparer le terrain pour la biologie du XXIième siècle.

“Knowing the parts of isolated entities is not enough. A musical metaphor expresses it best: molecular biology could read notes in the score, but it couldn't hear the music.

The molecular cup is now empty. The time has come to replace the purely reductionist œeyes-down molecular perspective with a new and genuinely holistic, œeyes-up, view of the living world, one whose primary focus is on evolution, emergence, and biology's innate complexity.”

Connaître les parties d’uns système isolé ne suffit pas. Dressons une métaphore musicale : la biologie moléculaire pouvait lire les notes sur une partition, mais ne pouvait entendre la musique.

La coupe moléculaire est maintenant pleine. Le temps est venu de remplacer la vision “vers le bas” purement réductionniste par une vision holistique “vers le haut” du monde vivant, dont les sujets principaux seront l’évolution, l’émergence et la complexité biologique intrinsèque.

La biologie moléculaire est très efficace pour résoudre des problèmes bien particuliers : en gros, tous ceux liés au gène. Mais cette approche rencontre maintenant ses limites. Un exemple de mon cru parmi d’autres : la réduction de comportements à  certains gènes. J’avais parlé dans un billet précédent du “gène de la religion“, découvert après de très fines études statistiques, mais qui, lorsque son influence est quantifiée, n’intervient qu’à  hauteur de quelques pour cents dans le comportement…. Preuve qu’à  force de tout réduire, on finit par trouver des objets à  l’influence elle-même réduite.

Autre exemple de Woese de biais réductionniste : les biologistes voient beaucoup de faits biologiques comme de simples “accidents”, essentiellement inexplicables. Si on pouvait remonter le temps, rembobiner l’évolution et rejouer l’histoire du vivant, selon eux, d’autres organismes complètement différents apparaîtraient. En particulier, les aspects purement moléculaires (code génétique, forme des protéines …), les formes des animaux pourraient être différents. Le biais vient du fait que la méthode réductionniste ne permet pas vraiment d’aborder et d’étudier de telles questions, fondamentalement globales car impliquant énormément d’interactions (chimiques, physiques, écologiques). Il est donc “normal” dans cette vision de penser que le monde vivant tel que nous le connaissons est essentiellement accidentel, car rien ne permet de penser qu’il ne le soit pas. Mais il est possible que nous nous soyons inconsciemment aveuglés car cette vision est en fait très paradoxale. En effet, dans cette vision du monde, tout ce qui est “accidentel” est de fait placé en dehors de l’évolution ! D’un côté, l’évolution est le moteur, mais de l’autre, des aspects cruciaux de la biologie sont interpretés comme lui échappant. Cela ne colle pas selon Woese, et Il faut donc changer de perspective et les représentations traditionnelles de la biologie.

En particulier, la métaphore entre vivant et machine ne tient pas et occulte tout ce qui fait la singularité du vivant. Les machines sont stables et efficaces car elles ont été conçues ainsi. La stabilité d’un organisme est d’une toute autre origine : c’est ce qu’on appelle “l’homeostasie”, la capacité à  s’autoréguler en permanence en réponse aux perturbations extérieures. Les organismes vivants ne sont pas à  l’équilibre, ils sont pris dans le flot des choses, réagissent et s’adaptent en permanence. C’est cela qui définit le vivant : la faculté de réaction, d’adaptation et d’évolution qui est inaccessible aux approches réductionnistes car elle implique de considérer l’organisme comme un tout.

Que faire alors ? Woese affirme qu’il faut remettre la biologie dans le non-linéaire, dans le flot de l’évolution et de l’environnement. D’un point de vue théorique, une vision dynamique passe nécessairement par l’utilisation des outils développés par la physique pour les systèmes hors équilibres, et en particulier toute la physique non linéaire. Il faut repenser l’évolution en terme de flots, de points critiques et de transition de phase. Il faut du global; selon Woese, les transitions majeures dans l’évolution sont probablement émergentes, dans le sens où des nouvelles structures et de nouveaux niveaux d’organisation émergent de structures et de niveaux inférieurs. Woese propose comme illustration une vision de l’évolution de la vie primitive, dans laquelle les transferts de gènes horizontaux jouent un rôle crucial et permettent de mettre en commun les ressources pour évoluer d’abord de façon non darwinienne ( en particulier sans notion d’espèces ou d’individus), puis de façon darwinienne avec l’apparition de la cellule.

Selon Woese, la biologie est à  un tournant. Aujourd’hui, la biologie est très proche de l’ingéniérie (l’exemple typique étant les OGM ou la biologie synthétique). Soit elle continue dans cette voie et court à  sa perte - remarquons que Nature a récemment soulevé un problème similaire sur les cellules souches-, soit elle prend un autre chemin, échappant à  la vision réductionniste et visant à  devenir une vraie science fondamentale. Cette voie implique de reconnaître l’importance de propriétés plus globales, émergentes et non linéaires. Le but premier de cette nouvelle biologie ne sera pas de comprendre la génétique ou la cellule, mais de comprendre l’évolution et la nature des formes biologiques (et c’est là  où on a besoin de théoriciens et de physiciens).

society will come to see that biology is here to understand the world, not primarily to change it. Biology's primary job is to teach us. In that realization lies our hope of learning to live in harmony with our planet.

La société réalisera que la biologie permet avant tout de comprendre le monde, elle ne doit pas nécessairement chercher à  le changer. Le but premier de la biologie est de nous apprendre (quelque chose sur le monde). Seule cette démarche nous permettra de vivre harmonieusement sur notre planète.

[1] Notons que ces deux visions de la science sont loin d’être sans conséquence dans nos débats de société autour de la science : elles correspondent aussi à  ce que Enro appelait les différentes cultures épistémiques dans les débats sur les OGM. Vous avez d’un côté les pro-OGM, plutôt orientés bio mol (et donc réductionnisme fondamentalisme) vs les spécialistes en écologie et en biologie des populations (qui prennent en compte les interactions à  plus grande échelle, genre Timothée par exemple - enfin je ne sais pas ce qu’il pense des OGM)

Référence
A New Biology for a New Century, Carl R. Woese,Microbiology and Molecular Biology Reviews, June 2004, p. 173-186, Vol. 68, No. 2 (lien vers l’article)

Ou l’auteur disserte (longuement) sur la théorie de la sélection sexuelle, et tente de faire passer en force l’une de ses brillantes intuitions sur l’application de la dite théorie à  l’humain, tout en n’oubliant pas de parler de memetique en guise de conclusion